KR101662446B1 - 배기가스 정화시스템 - Google Patents

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김중호
이균
황진우
우종관
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두산엔진주식회사
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Abstract

본 발명의 실시예는 배기가스 정화시스템에 관한 것으로, 엔진에서 배출되는 배기가스를 정화시키는 배기가스 정화시스템은 상기 엔진에서 배출되는 배기가스가 통과하는 메인 배기유로와, 내부에 복수의 촉매가 서로 이격 설치되고 상기 메인 배기유로 상에 설치된 반응기와, 상기 복수의 촉매 사이에 설치되어 상기 반응기 내부가 복수의 영역으로 선택적으로 구획 가능한 하나 이상의 차폐부와, 상기 차폐부 전방의 배기가스를 상기 반응기 후방의 상기 메인 배기유로로 안내하는 하나 이상의 분기 배기유로, 그리고 상기 엔진의 상태에 따라 상기 차폐부를 제어하여 상기 반응기 내부를 구획시키며 상기 차폐부에 의해 구획된 영역을 통과한 배기가스를 상기 분기 배기유로를 통해 배출시키는 제어부를 포함한다.

Description

배기가스 정화시스템{EXHAUST GAS PURIFICATION SYSTEM}
본 발명의 실시예는 배기가스 정화시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 엔진에서 배출되는 배기가스를 정화시킬 수 잇는 배기가스 정화시스템에 관한 것이다.
일반적으로 엔진과 같이 연료를 연소시켜 동력을 발생시키는 동력발생장치들은 연료를 연소시 배출되는 배기가스에 질소산화물(이하:NOx)를 포함하고 있다. 이러한 NOx들은 환경오염 및 인체에 유해한 영향을 끼친다. 따라서, 동력발생장치를 구비한 시스템은 NOx가 포함된 배출되는 배기가스를 정화시켜 외부로 배출시켜야 한다.
구체적으로, 동력발생장치를 구비한 시스템은 배출된 배기가스를 정화시키기 위한 촉매가 설치된 배기가스 정화장치를 구비하여 배출되는 배기가스에 포함된 NOx를 제거시킨다.
하지만, 이러한 촉매들은 반응기 내부에 설치되어 배기가스에 포함된 NOx 뿐만 아니라 수트(soot)와 같은 이물질에 의해 피독되는 문제점이 있다.
또한, 엔진에서 배출되는 배기가스가 모든 촉매를 거쳐 외부로 배출되기 때문에 반응기 내부에 설치된 모든 촉매들이 오염되는 문제점이 있다.
본 발명의 실시예는 촉매의 수명을 향상시킬 수 있는 배기가스 정화시스템을 제공한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 엔진에서 배출되는 배기가스를 정화시키는 배기가스 정화시스템은 상기 엔진에서 배출되는 배기가스가 통과하는 메인 배기유로와, 내부에 복수의 촉매가 서로 이격 설치되고, 상기 메인 배기유로 상에 설치된 반응기와, 상기 복수의 촉매 사이에 설치되어 상기 반응기 내부가 복수의 영역으로 선택적으로 구획 가능한 하나 이상의 차폐부와, 상기 차폐부 전방의 배기가스를 상기 반응기 후방의 상기 메인 배기유로로 안내하는 하나 이상의 분기 배기유로, 그리고 상기 엔진의 상태에 따라 상기 차폐부를 제어하여 상기 반응기 내부를 구획시키며 상기 차폐부에 의해 구획된 영역을 통과한 배기가스를 상기 분기 배기유로를 통해 배출시키는 제어부를 포함한다.
또한, 상기 제어부는 상기 엔진의 상태에 따라 배출된 배기가스를 정화시키기 위해 요구되는 촉매의 수를 산출하고, 상기 복수의 촉매 중 산출된 수의 촉매가 설치된 영역이 구획되도록 상기 차폐부를 제어할 수 있다.
또한, 상기 제어부는 상기 산출된 수의 촉매를 구획시 상기 복수의 촉매 중 상기 반응기 전방의 상기 메인 배기유로와 인접하게 배치된 촉매를 우선하여 선정할 수 있다.
또한, 상술한 배기가스 정화시스템은 상기 반응기후방의 상기 메인 배기유로를 통과하는 배기가스를 상기 반응기전방으로 유입되도록 안내하는 순환 배기유로와, 상기 순환 배기유로상에 설치되고 상기 제어부에 의해 동작되어 상기 반응기 전방으로 배기가스를 재유입시켜 상기 산출된 수의 촉매를 재생시키는 블로워를 더 포함할 수 있다.
또한, 상술한 배기가스 정화시스템은 상기 순환 배기유로 상에 설치되고, 상기 산출된 수의 촉매 재생시 상기 제어부에 의해 동작되어 상기 순환 배기유로를 통과하는 배기가스를 승온 시키는 가열부재를 더 포함할 수 있다.
또한, 상술한 배기가스 정화시스템은 상기 순환 배기유로의 일측 보다 상기 반응기와 인접하게 상기 반응기 후방의 상기 메인 배기유로 상에 설치되고, 상기 산출된 수의 촉매 재생시 폐쇄되는 후방 개폐부재를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 복수의 촉매는 상기 반응기) 전방의 상기 메인 배기유로와 인접하게 설치된 제1 촉매와, 상기 반응기 후방의 상기 메인 배기유로와 인접하게 설치된 제2 촉매, 그리고 상기 제1 촉매와 상기 제2 촉매 사이에 설치된 제3 촉매를 포함할 수 있다.
또한, 상기 차폐부는 상기 제3 촉매의 전방에 설치되어 상기 제1 촉매가 설치된 영역과 상기 제3 촉매와 상기 제2 촉매가 설치된 영역을 선택적으로 구획 가능한 제1 차폐부재와, 상기 제2 촉매의 전방에 설치되어 상기 제1 촉매와 상기 제3 촉매가 설치된 영역과 상기 제2 촉매가 설치된 영역을 선택적으로 구획 가능한 제2 차폐부재를 포함할 수 있다.
또한, 상기 분기 배기유로는 상기 제1 차폐부재에 의해 구획되어 상기 제1 촉매를 통과한 배기가스를 상기 반응기 후방의 상기 메인 배기유로로 안내하는 제1 분기유로와, 상기 제2 차폐부재에 의해 구획되어 상기 제1 촉매와 상기 제3 촉매를 통과한 배기가스를 상기 반응기 후방의 상기 메인 배기유로로 안내하는 제2 분기유로를 포함할 수 있다.
또한, 상기 분기 배기유로는 상기 제1 분기유로 상에 설치되어 상기 제어부에 의해 제어되는 제1 분기밸브와, 상기 제2 분기유로 상에 설치되어 상기 제어부에 의해 제어되는 제2 분기밸브를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 배기가스 정화시스템은 촉매의 수명을 효과적으로 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 정화시스템을 나타낸 도면이다.
도 2 및 도 3은 도 1의 동작방법을 나타낸 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도면들은 개략적이고 축적에 맞게 도시되지 않았다는 것을 일러둔다. 도면에 있는 부분들의 상대적인 치수 및 비율은 도면에서의 명확성 및 편의를 위해 그 크기에 있어 과장되거나 감소되어 도시되었으며 임의의 치수는 단지 예시적인 것이지 한정적인 것은 아니다. 그리고 둘 이상의 도면에 나타나는 동일한 구조물 요소 또는 부품에는 동일한 참조 부호가 유사한 특징을 나타내기 위해 사용된다.
본 발명의 실시예는 본 발명의 이상적인 실시예를 구체적으로 나타낸다. 그 결과, 도해의 다양한 변형이 예상된다. 따라서 실시예는 도시한 영역의 특정 형태에 국한되지 않으며, 예를 들면 제조에 의한 형태의 변형도 포함한다.
이하, 도 1을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 정화시스템(101)을 설명한다.
배기가스 정화시스템(101)은, 도 1에 도시된 바와 같이, 메인 배기유로(100)와 복수의 촉매(210)가 설치된 반응기(200)와 차폐부(300)와 분기 배기유로(400) 그리고 제어부(600)를 포함한다.
엔진(도시되지 않음)은 연료를 연소시켜 동력을 발생시킨다. 이러한 연료의 연소로 인해 엔진에서 배출되는 배기가스에는 질소산화물이 포함된다.
메인 배기유로(100)는 엔진에서 배출되는 배기가스를 통과시킨다. 구체적으로, 메인 배기유로(100)는 엔진의 일측과 연결되어 엔진에서 배출되는 배기가스가 메인 배기유로(100)를 따라 외부로 배출될 수 있도록 안내한다.
반응기(200)는 메인 배기유로(100) 상에 설치된다. 또한, 반응기(200) 내부에는 복수의 촉매(210)가 서로 이격 설치된다. 즉, 엔진에서 배출된 배기가스는 메인 배기유로(100)를 따라 통과하다 반응기(200)를 거쳐 다시 메인 배기유로(100)를 따라 이동하며 외부로 배출될 수 있다.
구체적으로, 복수의 촉매(210)는 배기가스에 포함된 질소산화물을 정화시킬 수 있는 촉매일 수 있다.
또한, 복수의 촉매(210)는 반응기(200) 내부에서 서로 이격 되어 설치된다. 구체적으로, 복수의 촉매(210)는 개별 유닛으로 이루어진 촉매 유닛을 복수로 포함할 수 있다. 따라서, 각 촉매 유닛이 반응기(200) 내부에 서로 이격되어 설치될 수 있다. 일예로, 도 1에 도시된 복수의 촉매(210)는 3개이나, 복수의 촉매(210)는 둘이상의 촉매일 수 있다.
차폐부(300)는 복수의 촉매(210) 사이에 설치되어 반응기(200) 내부의 영역을 선택적으로 구획 가능하다. 구체적으로, 차폐부(300)는 반응기(200) 내부에 설치되고 반응기(200) 내부의 영역을 선택적으로 구획할 수 있다. 즉, 차폐부(300)에 의해 구획되는 영역에 촉매 유닛이 설치될 수 있다.
따라서, 차폐부(300)는 반응기(200) 내부를 개폐시켜 복수의 촉매(210) 중 일부의 촉매가 설치된 영역과 나머지 촉매가 설치된 영역을 구획할 수 있다.
일예로, 차폐부(300)는 반응기(200) 내부를 선택적으로 구획 가능하게 형성된 댐퍼 또는 루버일 수 있다.
또한, 차폐부(300)는 하나 이상 형성되어 반응기(200) 내부를 세분화 시켜 구획시킬 수 있다.
분기 배기유로(400)는 차폐부(300) 전방의 배기가스를 반응기(200) 후방의 메인 배기유로(100)로 배출되도록 안내한다. 구체적으로, 분기 배기유로(400)는 일측이 반응기(200) 후방의 메인 배기유로(100)과 연결되고 타측이 반응기(200)와 연결될 수 있다.
또한, 분기 배기유로(400)는 차폐부(300) 전방의 배기가스를 반응기(200) 후방의 메인 배기유로(100)로 배출되도록 안내하기 위해 차폐부(300) 보다 상대적으로 반응기(200) 전방의 메인 배기유로(100)와 인접하도록 설치될 수 있다. 또한, 분기 배기유로(400)는 차폐부(300)의 개수와 동일하게 형성된다.
제어부(600)는 엔진의 상태에 따라 차폐부(300)를 제어하여 반응기(200) 내부를 구획시킨다. 즉, 제어부(600)는 복수의 촉매 중 일부의 촉매가 설치된 영역이 나머지 영역과 구획되도록 차폐부(300)를 차폐시켜 반응기(200) 내부의 영역을 구획시킨다. 일예로, 본 발명의 엔진의 상태는 엔진의 부하(Load)일 수 있다.
또한, 제어부(600)는 차폐부(300)에 의해 구획된 영역을 통과한 배기가스가 분기 배기유로(400)를 통해 배출되도록 한다. 즉, 엔진에서 배출된 배기가스는 메인 배기유로(100)를 따라 반응기(200) 내부로 유입되고, 차폐부(300)에 의해 구획된 영역을 따라 반응기(200) 내부에 설치된 일부의 촉매를 통과한 후 분기 배기유로(400)를 따라 반응기(200) 후방의 메인 배기유로(100)로 안내될 수 있다.
따라서, 제어부(600)는 엔진의 부하에 따라 차폐부(300)를 제어할 수 있어, 배기가스가 반응기(200) 내부에 설치된 모든 복수의 촉매(210)를 통과하지 않고 차폐부(300)에 의해 구획된 일부의 촉매만을 거쳐 외부로 배출시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 정화시스템(101)은 차폐부(300)를 포함하고 있어, 엔진의 부하에 따라 제어부(600)가 차폐부(300)의 차폐를 제어하여 반응기(200) 내부에 설치된 일부의 촉매만을 거쳐 외부로 배출시킬 수 있어 복수의 촉매(210)의 전체적인 피독을 방지시켜 복수의 촉매(210)의 수명을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 정화시스템(101)의 제어부(600)는 엔진의 상태에 따라 촉매의 수를 산출할 수 있다.
제어부(600)는 엔진의 부하에 따라 기입력된 데이터를 기초로 하여 현재의 엔진 부하에 따라 배기가스 정화에 필요한 촉매의 수를 산출할 수 있다. 따라서, 제어부(600)는 복수의 촉매(210) 중 산출된 수의 촉매가 설치된 영역이 반응기(200) 내부에서 구획되도록 차폐부(300)를 차폐시킬 수 있다.
즉, 차폐부(300)는 제어부(600)에 의해 복수의 촉매 중 산출된 수의 촉매와 나머지 촉매가 서로 구획시킬 수 있다.
따라서, 제어부(600)는 엔진의 부하 정도에 따라 복수의 촉매(210) 중 현재 배출되는 배기가스에 정화에 필요한 촉매의 수를 산출하여 산출된 수의 촉매가 설치된 영역이 구획되도록 차폐부(300)의 차폐를 제어할 수 있어, 현재 배출되는 배기가스의 정화를 효과적으로 수행할 수 있고 나머지 촉매의 오염을 효과적으로 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 정화시스템(101)의 제어부(600)는 산출된 수의 촉매를 구획시 복수의 촉매(210) 중 반응기(200) 전방의 메인 배기유로(100)와 인접하게 배치된 촉매를 우선할 수 있다.
구체적으로, 제어부(600)가 현재 배기가스의 정화에 필요한 촉매의 수를 산출하고, 반응기(200) 내부에 설치된 복수의 촉매(210) 중 반응기(200) 전방의 메인 배기유로(100)와 인접하게 배치된 촉매를 우선하여 필요한 촉매의 수만큼 선정되도록 차폐부(300)를 제어할 수 있다.
즉, 차폐부(300)에 의해 반응기(200) 내부가 구획되는 경우, 배기가스는 복수의 촉매(210) 중 반응기(200)의 최전방에 설치된 촉매 유닛을 통과한 후 외부로 배출될 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 정화시스템(101)은 반응기(200) 내부에 설치된 복수의 촉매(210)를 교체시 전체의 촉매를 교체하지 않고, 반응기(200)의 최전방에 설치된 촉매 유닛을 우선하여 교체시킬 수 있어 종래의 반응기(200) 내부에 설치된 전체의 촉매를 교체하는 것에 비해 유지보수비를 저감시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 정화시스템(101)은 순환 배기유로(500)와 블로워(510)를 더 포함할 수 있다.
순환 배기유로(500)는 반응기(200) 후방의 메인 배기유로(100)를 통과하는 배기가스를 반응기(200) 전방으로 유입되도록 할 수 있다. 구체적으로, 순환 배기유로(500)는 일측이 반응기(200) 후방의 메인 배기유로(100)와 연결되고, 타측이 반응기(200) 전방의 메인 배기유로(100)와 연결될 수 있다.
따라서, 순환 배기유로(500)는 반응기(200) 후방의 메인 배기유로(100)를 통과하는 배기가스의 일부 또는 전부가 반응기(200) 전방으로 다시 유입되도록 안내할 수 있다.
블로워(510)는 순환 배기유로(500) 상에 설치될 수 있다. 또한, 블로워(510)는 제어부(600)에 의해 동작되어 반응기(200) 후방의 메인 배기유로(100)를 통과하는 배기가스의 일부 또는 전부가 반응기(200) 전방으로 재유입되도록 할 수 있다.
따라서, 블로워(510)에 의해 동작되어 순환 배기유로(500)를 따라 반응기(200) 전방으로 재유입된 배기가스는 차폐부(300)에 의해 구획된 산출된 수의 촉매를 재생시킬 수 있다.
구체적으로, 배기가스의 정화에 사용된 차폐부(300)에 의해 구획된 산출된 수의 촉매를 순환 배기유로(500)와 블로워(510)를 통해 재생시킬 수 있다. 즉, 차폐부(300)에 의해 구획된 산출된 수의 촉매는 엔진에서 배출되는 배기가스뿐만 아니라 순환 배기유로(500)를 따라 블로워(510)에 의해 반응기(200) 전방으로 재유입된 배기가스에 의해 촉매의 활성화 온도 저하를 효과적으로 방지할 수 있어 촉매의 피독을 효과적으로 예방 및 재생시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 정화시스템(101)은 제어부(600)에 의해 제어되는 블로워(510)와 순환 배기유로(500)를 구비하고 있어, 차폐부(300)에 의해 구획된 산출된 수의 촉매가 배기가스의 정화에 이용되는 경우에도 산출된 수의 촉매를 효과적으로 재생시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 정화시스템(101)은 가열부재(520)를 더 포함할 수 있다.
가열부재(520)는 순환 배기유로(500) 상에 설치될 수 있다. 가열부재(520)는 순환 배기유로(500)를 통과하는 산출된 수의 촉매가 설치된 반응기(200) 전방으로 재유입될 배기가스를 승온시켜 산출된 수의 촉매를 승온시킬 수 있다. 또한, 가열부재(520)는 제어부(600)에 의해 산출된 수의 촉매의 재생시 동작될 수 있다.
구체적으로, 가열부재(520)는 도시되지 않은 반응기(200) 내부의 온도를 검출하는 온도센서 또는 엔진 부하 정도에 따라 제어부(600)에 의해 동작이 제어될 수 있다. 제어부(600)에 의해 동작된 가열부재(520)는 순환 배기유로(500)를 통과하는 배기가스를 승온시켜 산출된 수의 촉매가 설치된 반응기(200)로 재유입되는 배기가스에 의해 산출된 수의 촉매를 승온시켜 산출된 수의 촉매를 재생시킬 수 있다.
즉, 가열부재(520)에 의해 촉매를 직접 가열하지 않고 배기가스 정화에 이용된 산출된 수의 촉매로 재유입되는 순환 배기유로(500)를 통과하는 배기가스를 승온시켜 산출된 수의 촉매를 효과적으로 재생시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 정화시스템(101)은 후방 개폐부재(610)를 더 포함할 수 있다.
후방 개폐부재(610)는 반응기(200) 후방의 메인 배기유로(100) 상에 설치될 수 있다. 또한, 후방 개폐부재(610)는 제어부(600)에 의해 제어되며 반응기(200) 후방의 메인 배기유로(100)를 폐쇄시켜 반응기(200)를 통과한 배기가스가 역류하여 반응기(200) 후방으로 유입되는 것을 방지할 수 있다. 구체적으로, 후방 개폐부재(610)는 반응기(200)를 통과한 배기가스가 반응기(200) 내부를 통과하는 배기가스의 흐름과 반대되는 방향으로 반응기(200) 내부로 유입되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 후방 개폐부재(610)는 산출된 수의 촉매 재생시 제어부(600)에 의해 폐쇄되어 복수의 촉매(210) 중 산출된 수의 촉매 외의 촉매가 설치된 영역으로 반응기(200) 후방의 메인 배기유로(100)를 통과하는 배기가스가 유입되어 배기정화에 이용되는 산출된 수의 촉매 외의 나머지 촉매가 배기가스에 의해 오염되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 후방 개폐부재(610)는 반응기(200) 후방의 메인 배기유로(100) 상에서 순환 배기유로(500)의 일측 및 분기 배기유로(400)의 일측 보다 반응기(200)와 인접하게 설치될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 촉매(210)는 제1 촉매(211)와 제2 촉매(213) 그리고 제3 촉매(212)를 포함할 수 있다.
제1 촉매(211)는 복수의 촉매(210) 중 반응기(200) 전방의 메인 배기유로(100)와 상대적으로 가장 인접하게 설치될 수 있다.
제2 촉매(213)는 복수의 촉매(210) 중 반응기(200) 방방의 메인 배기유로(100)와 상대적으로 가장 인접하게 설치될 수 있다.
제3 촉매(212)는 제1 촉매(211)와 제2 촉매(213) 사이에 설치될 수 있다.
구체적으로, 제1 촉매(211)와 제2 촉매(213) 그리고 제3 촉매(212) 반응기(200) 내부에서 서로 이격되어 설치될 수 있다.
따라서, 복수의 촉매(210)가 제1 촉매(211)와 제2 촉매(213) 그리고 제3 촉매(212)를 포함하고 있어, 제어부(600)가 엔진의 부하 정도에 따라 배기가스 정화에 필요한 촉매의 수를 산출하고, 차폐부(300)로 산출된 수의 촉매와 나머지 촉매를 구획시켜 현재의 배기가스를 정화시키기 위해 필요한 촉매를 이용하여 효과적으로 배기가스를 정화시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 차폐부(300)는 제1 차폐부재(310)와 제2 차폐부재(320)를 포함할 수 있다.
제1 차폐부재(310)는 제3 촉매(212)의 전방에 설치되어, 제1 촉매(211)가 설치된 영역과 제3 촉매(212)와 제2 촉매(213)가 설치된 영역을 선택적으로 구획할 수 있다.
구체적으로, 제1 차폐부재(310) 제어부(600)에 의해 차폐되어, 제1 촉매(211)가 설치된 영역과 제3 촉매(212)와 제2 촉매(213)가 설치된 영역을 구획할 수 있다.
제2 차폐부재(320)는 제2 촉매(213)의 전방에 설치되어, 제1 촉매(211)와 제3 촉매(212)가 설치된 영역과 제2 촉매(213)가 설치된 영역을 선택적으로 구획할 수 있다.
구체적으로, 제2 차폐부재(320)는 제어부(600)에 의해 차폐되어, 제1 촉매(211)와 제3 촉매(212)가 설치된 영역과 제2 촉매(213)가 설치된 영역을 구획할 수 있다.
따라서, 촉매유닛의 수 보다 차폐부재의 수가 적게 반응기(200) 내부에 설치되어 있어, 차폐부재는 제어부(600)에 의해 산출된 수의 촉매가 설치된 영역과 나머지 촉매가 설치된 영역을 효과적으로 구획시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 정화시스템(101)의 분기 배기유로(400)는 제1 분기유로(410)와 제2 분기유로(420)를 포함할 수 있다.
제1 분기유로(410)는 제1 차폐부재(310)에 의해 구획되어 제1 촉매(211)를 통과한 배기가스가 반응기(200) 후방의 메인 배기유로(100)로 배출되도록 안내할 수 있다. 구체적으로, 제1 분기유로(410)의 일측은 반응기(200) 후방의 메인 배기유로(100)에 연결되고 제1 분기유로(410)의 타측은 제1 촉매(211)와 제1 차폐부재(310) 사이의 반응기(200) 일측에 연결될 수 있다.
따라서, 제1 분기유로(410)는 제1 차폐부재(310)가 차폐되어 제1 촉매(211)가 설치된 영역과 제2 촉매(213) 그리고 제3 촉매(212)가 설치된 영역을 구획하는 경우, 제1 촉매(211)를 통과한 배기가스가 반응기(200) 후방의 메인 배기유로(100)로 배출되도록 안내할 수 있다.
제2 분기유로(420)는 제2 차폐부재(320)에 의해 구획되어 제1 촉매(211)와 제3 촉매(212)를 통과한 배기가스가 반응기(200) 후방의 메인 배기유로(100)로 배출되도록 안내할 수 있다. 구체적으로, 제2 분기유로(420)의 일측은 반응기(200) 후방의 메인 배기유로(100)에 연결되고 제2 분기유로(420)의 타측은 제3 촉매(212)와 제2 차폐부재(320) 사이의 반응기(200) 일측에 연결될 수 있다.
또는, 제2 분기유로(420)의 일측은 제1 분기유로(410)와 연결되고, 제2 분기유로(420)의 타측은 제3 촉매(212)와 제2 차폐부재(320) 사이의 반응기(200) 일측에 연결될 수 있다.
따라서, 제2 분기유로(420)는 제2 차폐부재(320)가 차폐되어 제1 촉매(211)와 제3 촉매(212)가 설치된 영역과 제2 촉매가 설치된 영역을 구획하는 경우, 제1 촉매(211)와 제3 촉매(212)를 통과한 배기가스가 반응기(200) 후방의 메인 배기유로(100)로 배출되도록 안내할 수 있다.
구체적으로, 분기 배기유로(400)가 포함하는 분기유로의 수는 차폐부(300)가 포함하는 차폐부재의 수와 동일하게 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 정화시스템(101)의 분기 배기유로(400)는 제1 분기밸브(411)와 제2 분기밸브(421)를 더 포함할 수 있다.
제1 분기밸브(411)는 제1 분기유로(410) 상에 설치될 수 있다. 또한, 제1 분기밸브(411)는 제어부(600)에 의해 차폐부(300)와 함께 제어될 수 있다.
제2 분기밸브(421)는 제2 분기유로(420) 상에 설치될 수 있다. 또한, 제2 분기밸브(421)는 제어부(600)에 의해 차폐부(300)와 함께 제어될 수 있다.
구체적으로, 제어부(600)는 차폐부(300)의 제1 차폐부재(310) 또는 제2 차폐부재(320)의 차폐를 제어시 차폐되는 차폐부재에 의해 구획된 영역을 통과하는 배기가스가 반응기(200) 후방의 메인 배기유로(100)로 배출될 수 있도록 제1 분기밸브(411) 또는 제2 분기밸브(421)의 개폐를 제어할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 정화시스템(101)은 전방 개폐부재(630)와 보조 개폐부재(620)를 더 포함할 수 있다.
전방 개폐부재(630)는 반응기(200) 전방의 메인 배기유로(100) 상에 설치되어 엔진에서 배출되어 반응기(200)로 유입되는 배기가스 유입을 제어할 수 있다.
구체적으로, 전방 개폐부재(630)는 제어부(600)에 의해 개폐될 수 있다. 즉, 제어부(600)에 의해 전방 개폐부재(630)가 폐쇄되는 경우, 엔진에서 배출된 배기가스는 반응기(200)로 유입되는 것이 차단될 수 있다.
또는, 제어부(600)에 의해 전방 개폐부재(630)가 개방되는 경우, 엔진에서 배출된 배기가스가 반응기(200)로 유입될 수 있다.
보조 개폐부재(620)는 반응기(200) 후방의 메인 배기유로(100) 상에 설치되어 메인 배기유로(100)를 통과하는 배기가스의 흐름을 개폐할 수 있다.
구체적으로, 보조 개폐부재(620)는 후방 개폐부재(610)와 분기 배기유로(400)의 일측 및 순환 배기유로(500)의 일측을 기준으로 서로 이격 되어 설치될 수 있다.
보조 개폐부재(620)는 제어부(600)에 의해 개폐될 수 있다. 즉, 제어부(600)에 의해 보조 개폐부재(620)가 폐쇄되는 경우, 반응기(200)를 통과한 전체의 배기가스가 순환 배기유로(500)로 유입되도록 안내할 수 있다.
또는, 제어부(600)에 의해 보조 개폐부재(620)가 개방되는 경우, 반응기(200)를 통과한 전체의 배기가스 중 일부가 순환 배기유로(500)로 유입될 수 있다.
이러한 전방 개폐부재(630)와 보조 개폐부재(620)는 제어부(600)에 의해 복수의 촉매(210)의 사용여부에 따라 제어될 수 있다. 구체적으로, 선박의 경우 배기가스 규제지역 외의 해상을 통과하는 경우(즉 배기가스의 정화가 불필요한 경우), 제어부(600)는 전방 개폐부재(630)를 폐쇄시키고, 보조 개폐부재(620)를 폐쇄시킬 수 있다. 구체적으로, 보조 개폐부재(620)를 폐쇄시키는 경우, 반응기(200) 내부의 촉매를 재생시 승온된 배기가스가 외부로 배출되는 것을 차단시킬 수 있어 효과적으로 촉매를 재생시킬 수 있다.
이렇게 형성된 전방 개폐부재(630)와 보조 개폐부재(620) 사이의 반응기(200)와 순환 배기유로(500)는 폐루프가 형성되어 반응기(200) 내부에 설치되어 현재 미사용 중인 복수의 촉매(210)를 효과적으로 재생시킬 수 있다.
이하, 도 1 내지 도 3을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 정화시스템(101)의 작동방법을 설명한다.
제어부(600)는 엔진의 부하에 따라 현재의 배기가스를 정화시키기 위해 필요한 촉매의 수를 산출한다. 구체적으로, 제어부(600)는 기입력된 데이터로부터 엔진의 현재 부하를 검출하여 현재의 배기가스에 포함된 질소산화물을 정화시키기 위해 복수의 촉매(210) 중 몇 개의 촉매가 필요한지를 산출한다.
즉, 제어부(600)는 엔진의 부하에 따라 복수의 모드로 동작되어 차폐부(300)를 제어할 수 있다.
도 1은 배기가스 정화시스템(101)이 제어부(600)의 제1 모드로 동작 되는 경우를 나타낸다.
제1 모드는 제어부(600)에 의해 산출된 촉매의 수가 복수의 촉매(210) 전체인 경우이다. 일예로, 엔진의 부하가 100%으로 동작되는 경우일 수 있다.
이때, 제어부(600)는 차폐부(300)를 모두 개방시킨다. 또한, 제어부(600)는 분기 배기유로(400)를 모두 차폐시킨다. 그리고, 제어부(600)는 후방 개폐부재(610)를 개방시켜 반응기(200)를 통과한 배기가스가 반응기(200) 내부를 통과하는 유동방향을 따라 반응기(200) 후방의 메인 배기유로(100)로 배출되도록 한다.
즉, 엔진에서 배출되는 배기가스는 반응기(200) 전방의 메인 배기유로(100)를 따라 통과하며 반응기(200) 전체를 통과한 후 반응기(200) 후방의 메인 배기유로(100)로 배출된다.
이때, 제어부(600)는 블로워(510)를 동작시켜, 반응기(200) 후방의 메인 배기유로(100)를 통과하는 정화된 배기가스의 적어도 일부를 반응기(200) 전방으로 재유입시켜 반응기(200) 내부에 설치된 복수의 촉매(210) 전체를 피독을 저감시킬 수 있다.
또한, 제어부(600)는 도시되지 않은 온도센서 등으로부터 반응기(200) 내부의 온도를 검출하여 이에 따라 설정된 촉매 활성화 온도와 현재온도를 비교하여 가열부재(520)를 동작시켜, 반응기(200) 전방으로 재유입되는 정화된 배기가스를 승온시켜 반응기(200) 내부에 설치된 복수의 촉매(210)를 승온시켜 효과적으로 촉매를 재생시킬 수 있다.
또는, 제어부(600)는 복수의 촉매(210)의 승온 또는 재생이 불필요한 경우 블로워(510)와 가열부재(520)의 동작을 중지시킬 수 있다.
도 2는 배기가스 정화시스템(101)이 제어부(600)의 제2 모드로 동작 되는 경우를 나타낸다.
제2 모드는 제어부(600)에 의해 산출된 촉매의 수가 복수의 촉매(210) 중 일부인 경우이다. 일예로, 엔진의 부하가 50%으로 동작되는 경우일 수 있다.
즉, 제어부(600)에 의해 전체의 복수의 촉매(210) 중 현재의 엔진의 부하에 따라 일부의 촉매만이 배기가스 정화에 필요하다고 산출된 경우이다.
이때, 제어부(600)는 차폐부(300)를 차폐시켜, 복수의 촉매(210) 중 산출된 촉매가 설치된 영역과 나머지 촉매가 설치된 영역을 구획한다.
일예로, 복수의 촉매(210)가 제1 촉매(211)와 제2 촉매(213) 그리고 제3 촉매(212)를 포함하는 경우, 제2 촉매(213)가 설치된 영역과, 제1 촉매(211)와 제3 촉매(212)가 설치된 영역이 서로 구획되도록 제2 차폐부재(320)를 차폐시킨다. 또한, 제어부(600)는 제1 차폐부재(310)를 개방시킨다.
그리고, 제어부(600)는 제1 분기밸브(411)를 폐쇄시키고, 제2 분기밸브(421)를 개방시켜, 제1 촉매(211)와 제3 촉매(212)를 통과한 배기가스가 제2 분기유로(420)를 따라 반응기(200) 후방의 메인 배기유로(100)로 배출되도록 한다.
이때, 제어부(600)는 후방 개폐부재(610)를 폐쇄시켜, 반응기(200) 후방의 메인 배기유로(100)로 배출된 배기가스가 제2 차폐부재(320)에 의해 구획되어 제2 촉매(213)가 설치된 반응기(200) 내부로 역유입되는 것을 방지한다.
또한, 제어부(600)는 블로워(510)를 동작시켜, 반응기(200) 후방의 메인 배기유로(100)를 통과하는 정화된 배기가스의 적어도 일부를 반응기(200) 전방으로 재유입시켜 제2 차폐부재(320)에 의해 구획된 제1 촉매(211)와 제3 촉매(212)의 피독을 저감시킬 수 있다.
또한, 제어부(600)는 도시되지 않은 온도센서 등으로부터 제2 차폐부재(320)에 의해 구획된 반응기(200) 내부의 온도를 검출하여 이에 따라 설정된 촉매 활성화 온도와 현재온도를 비교하여 가열부재(520)를 동작시켜, 반응기(200) 전방으로 재유입되는 정화된 배기가스를 승온시켜 제2 차폐부재(320)에 의해 구획된 제1 촉매(211)와 제3 촉매(212)를 승온시켜 효과적으로 촉매를 재생시킬 수 있다.
또는, 제어부(600)는 제1 촉매(211)와 제3 촉매(212)의 승온 또는 재생이 불필요한 경우 블로워(510)와 가열부재(520)의 동작을 중지시킬 수 있다.
즉, 제어부(600)는 블로워(510)와 가열부재(520)를 제어하여 배기가스 정화에 이용된 산출된 수의 촉매인 제1 촉매(211)와 제3 촉매(212)만을 효과적으로 재생시킬 수 있다.
도 3은 배기가스 정화시스템(101)이 제어부(600)의 제3 모드로 동작 되는 경우를 나타낸다.
제3 모드는 제어부(600)에 의해 산출된 촉매의 수가 복수의 촉매(210) 중 일부인 경우이다. 구체적으로, 제3 모드는 제2 모드 보다 상대적으로 산출된 촉매의 수가 적은 경우이다. 일예로, 엔진의 부하가 25%으로 동작되는 경우일 수 있다.
즉, 제어부(600)에 의해 전체의 복수의 촉매(210) 중 현재의 엔진의 부하에 따라 제2 모드 보다 상대적으로 적은 일부의 촉매만이 배기가스 정화에 필요하다고 산출된 경우이다.
이때, 제어부(600)는 차폐부(300)를 차폐시켜, 복수의 촉매(210) 중 산출된 촉매가 설치된 영역과 나머지 촉매가 설치된 영역을 구획한다.
일예로, 복수의 촉매(210)가 제1 촉매(211)와 제2 촉매(213) 그리고 제3 촉매(212)를 포함하는 경우, 제1 촉매(211)가 설치된 영역과, 제2 촉매(213)와 제3 촉매(212)가 설치된 영역이 서로 구획되도록 제1 차폐부재(310)를 차폐시킨다. 또한, 제어부(600)는 제2 차폐부재(320)를 개방시킨다.
그리고, 제어부(600)는 제2 분기밸브(421)를 폐쇄시키고, 제1 분기밸브(411)를 개방시켜, 제1 촉매(211)를 통과한 배기가스가 제1 분기유로(410)를 따라 반응기(200) 후방의 메인 배기유로(100)로 배출되도록 한다.
이때, 제어부(600)는 후방 개폐부재(610)를 폐쇄시켜, 반응기(200) 후방의 메인 배기유로(100)로 배출된 배기가스가 제1 차폐부재(310)에 의해 구획되어 제2 촉매(213) 및 제3 촉매(212)가 설치된 반응기(200) 내부로 역유입되는 것을 방지한다.
또한, 제어부(600)는 블로워(510)를 동작시켜, 반응기(200) 후방의 메인 배기유로(100)를 통과하는 정화된 배기가스의 적어도 일부를 반응기(200) 전방으로 재유입시켜 제1 차폐부재(310)에 의해 구획된 제1 촉매(211)의 피독을 저감시킬 수 있다.
또한, 제어부(600)는 도시되지 않은 온도센서 등으로부터 제1 차폐부재(310)에 의해 구획된 반응기(200) 내부의 온도를 검출하여 이에 따라 설정된 촉매 활성화 온도와 현재온도를 비교하여 가열부재(520)를 동작시켜, 반응기(200) 전방으로 재유입되는 정화된 배기가스를 승온시켜 제1 차폐부재(310)에 의해 구획된 제1 촉매(211)를 승온시켜 효과적으로 촉매를 재생시킬 수 있다.
또는, 제어부(600)는 제1 촉매(211)의 승온 또는 재생이 불필요한 경우 블로워(510)와 가열부재(520)의 동작을 중지시킬 수 있다.
즉, 제어부(600)는 블로워(510)와 가열부재(520)를 제어하여 배기가스 정화에 이용된 산출된 수의 촉매인 제1 촉매(211)만을 효과적으로 재생시킬 수 있다.
이와 같은 구성에 의해, 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 정화시스템(101)은 반응기 내부에 설치된 촉매의 수명을 효과적으로 향상시킬 수 있다.
구체적으로, 제어부(600)는 엔진의 부하에 정도에 따라 현재의 배기가스의 정화에 필요한 촉매의 수를 산출하고 산출된 수의 촉매가 설치된 영역과 나머지 촉매가 설치된 영역을 차폐부(300)로 구획시켜 현재의 배기가스의 정화에 필요한 산출된 수의 촉매 외의 나머지 촉매가 배기가스와 접촉되어 오염되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명은 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 메인 배기유로 101: 배기가스 정화시스템
200: 반응기 210: 복수의 촉매
211: 제1 촉매 212: 제3 촉매
213: 제2 촉매 300: 차폐부
310: 제1 차폐부재 320: 제2 차폐부재
400: 분기 배기유로 410: 제1 분기유로
420: 제2 분기유로 411: 제1 분기밸브
421: 제2 분기밸브 500: 순환 배기유로
510: 블로워 520: 가열부재
600: 제어부 610: 후방 개폐부재

Claims (10)

  1. 엔진에서 배출되는 배기가스를 정화시키는 배기가스 정화시스템에 있어서,
    상기 엔진에서 배출되는 배기가스가 통과하는 메인 배기유로;
    내부에 복수의 촉매가 서로 이격 설치되고, 상기 메인 배기유로 상에 설치된 반응기;
    상기 복수의 촉매 사이에 설치되어 상기 반응기 내부가 복수의 영역으로 선택적으로 구획 가능한 하나 이상의 차폐부;
    상기 차폐부 전방의 배기가스를 상기 반응기 후방의 상기 메인 배기유로로 안내하는 하나 이상의 분기 배기유로;
    상기 엔진의 상태에 따라 배출된 배기가스를 정화시키기 위해 요구되는 촉매의 수를 산출하고, 상기 복수의 촉매 중 산출된 수의 촉매가 설치된 영역이 구획되도록 상기 차폐부를 제어하여 상기 반응기 내부를 구획하고, 상기 차폐부에 의해 구획된 영역을 통과한 배기가스를 상기 분기 배기유로를 통해 배출시키는 제어부;
    상기 반응기 후방의 상기 메인 배기유로를 통과하는 배기가스를 상기 반응기 전방으로 유입되도록 안내하는 순환 배기유로;
    상기 순환 배기유로 상에 설치되고, 상기 반응기 전방으로 배기가스를 재유입시켜 상기 산출된 수의 촉매를 재생시키는 블로워; 및
    상기 순환 배기유로의 일측 보다 상기 반응기와 인접하게 상기 반응기 후방의 상기 메인 배기유로 상에 설치되고, 상기 제어부에 의해 제어되는 후방 개폐부재를 포함하며,
    상기 제어부는,
    상기 산출된 수의 촉매를 구획시 상기 복수의 촉매 중 상기 반응기 전방의 상기 메인 배기유로와 인접하게 배치된 촉매를 우선하여 선정하고, 상기 산출된 수의 촉매 재생시 상기 후방 개폐부재를 폐쇄시켜 상기 차폐부에 의해 구획된 영역을 통과한 배기가스가 상기 반응기의 나머지 영역으로 유입되는 것을 방지하는 것을 특징으로 하는 배기가스 정화시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에서,
    상기 순환 배기유로 상에 설치되고, 상기 산출된 수의 촉매 재생시 상기 제어부에 의해 동작되어 상기 순환 배기유로를 통과하는 배기가스를 승온 시키는 가열부재를 더 포함하는 배기가스 정화시스템.
  6. 삭제
  7. 제1항 또는 제5항에서,
    상기 복수의 촉매는,
    상기 반응기 전방의 상기 메인 배기유로와 인접하게 설치된 제1 촉매;
    상기 반응기 후방의 상기 메인 배기유로와 인접하게 설치된 제2 촉매; 및
    상기 제1 촉매와 상기 제2 촉매 사이에 설치된 제3 촉매를 포함하는 배기가스 정화시스템.
  8. 제7항에서,
    상기 차폐부는,
    상기 제3 촉매의 전방에 설치되어, 상기 제1 촉매가 설치된 영역과 상기 제3 촉매와 상기 제2 촉매가 설치된 영역을 선택적으로 구획 가능한 제1 차폐부재; 및
    상기 제2 촉매의 전방에 설치되어, 상기 제1 촉매와 상기 제3 촉매가 설치된 영역과 상기 제2 촉매가 설치된 영역을 선택적으로 구획 가능한 제2 차폐부재를 포함하는 배기가스 정화시스템.
  9. 제8항에서,
    상기 분기 배기유로는,
    상기 제1 차폐부재에 의해 구획되어 상기 제1 촉매를 통과한 배기가스를 상기 반응기 후방의 상기 메인 배기유로로 안내하는 제1 분기유로; 및
    상기 제2 차폐부재에 의해 구획되어 상기 제1 촉매와 상기 제3 촉매를 통과한 배기가스를 상기 반응기 후방의 상기 메인 배기유로로 안내하는 제2 분기유로를 포함하는 배기가스 정화시스템.
  10. 제8항에서,
    상기 분기 배기유로는,
    상기 제1 분기유로 상에 설치되어 상기 제어부에 의해 제어되는 제1 분기밸브; 및
    상기 제2 분기유로 상에 설치되어 상기 제어부에 의해 제어되는 제2 분기밸브를 더 포함하는 배기가스 정화시스템.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0598944A (ja) * 1991-05-16 1993-04-20 Shinnenshiyou Syst Kenkyusho:Kk デイーゼル機関の窒素酸化物低減装置
KR101461326B1 (ko) * 2013-06-28 2014-11-17 두산엔진주식회사 선택적 촉매 환원 시스템

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